DE69424184T2 - Method of making peptide products - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Peptidprodukten aus einem Substrat tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, das wenigstens ein Protein oder ein Peptid enthält, gemäß der Definition in den Ansprüchen.The present invention relates to a process for obtaining peptide products from a substrate of animal or plant origin containing at least one protein or one peptide, as defined in the claims.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung definiert der Ausdruck "Peptidprodukte" sehr unterschiedliche peptidische Populationen, die verschiedene Entitäten, wie Peptide, peptidische Fraktionen, veresterte und nichtveresterte Aminosäuren und ihre Gemische enthalten können.According to the present description, the term "peptide products" defines very different peptidic populations, which may contain different entities such as peptides, peptidic fractions, esterified and non-esterified amino acids and their mixtures.
Die Proteine tierischen oder pflanzlichen Ursprungs und die aus diesen Proteinen hervorgegangenen Peptide werden aufgrund ihrer chemischen oder physikalisch-chemischen Eigenschaften in allen Arten von Industrie (pharmäzeutische, chemische, Nahrungsmittel-, Kosmetikindustrie....) sehr häufig verwendet.Proteins of animal or plant origin and the peptides derived from these proteins are widely used in all types of industries (pharmaceutical, chemical, food, cosmetics, etc.) due to their chemical or physico-chemical properties.
Die enzymatische Hydrolyse der Milchproteine ergibt Peptide mit unterschiedlichen biologischen Eigenschaften. Das gleiche gilt für die Opiumpeptide (Zioudrou C., Streaty R. A. und Klee W. A. (1979), J. Biol. Chem. 254, 2446-2449; Brantl V., Teschemacher H., Henschen A. und Lottspeich F. (1981) Life Sci. 28, 1903-1909; Yoshikawa M., Yoshimura T. und Chiba H. (1984), Agric. Biol. Chem. 48, 3185-3187; Loukas S., Varoucha D., Zioudrou C., Streaty R. A. und Klee W. A. (1983), Biochemistry 22, 4567- 4573; Chiba H., Tani F. und Yoshikawa M. (1989), J. Dairy Res. 56, 363- 366; Fukudome S. I. und Yoshikawa M. (1992), FEBS Lett. 296, 107-111;Enzymatic hydrolysis of milk proteins produces peptides with different biological properties. The same applies to the opium peptides (Zioudrou C., Streaty R. A. and Klee W. A. (1979), J. Biol. Chem. 254, 2446-2449; Brantl V., Teschemacher H., Henschen A. and Lottspeich F. (1981) Life Sci. 28, 1903-1909; Yoshikawa M., Yoshimura T. and Chiba H. (1984), Agric. Biol. Chem. 48, 3185-3187; Loukas S., Varoucha D., Zioudrou C., Streaty R. A. and Klee W. A. (1983), Biochemistry 22, 4567-4573; Chiba H., Tani F. and Yoshikawa M. (1989), J. Dairy Res. 56, 363- 366; Fukudome S. I. and Yoshikawa M. (1992), FEBS Lett. 296, 107-111;
Antila P., Paakkari I., Järvinen A., Mattila M. J., Laukkanen M., Pihlanto- Leppälä A., Mäntsälä P. und Hellman J. (1991) Int. Dairy Journal 1, 215- 229; Meisel H. und Frister H. (1989), J. Dairy Res. 56, 343-349).Antila P., Paakkari I., Järvinen A., Mattila M. J., Laukkanen M., Pihlanto-Leppälä A., Mäntsälä P. and Hellman J. (1991) Int. Dairy Journal 1, 215-229; Meisel H. and Frister H. (1989), J. Dairy Res. 56, 343-349).
Außerdem wurden antihypertonische Peptide (Maruyama S., Mitachi H., Tanaka H., Tomizuka N. und Suzuki H. (1987) Agric. Biol. Chem. 51, 1581-1586; Komura M., Nio N., Kubo K., Minoshima Y., Munekata E. und Ariyoshi Y. (1989), Agric. Biol. Chem. 53, 2107-2114) sowie immunstimulierende Peptide (Berthou J., Migliore-Samour D., Lifchitz A., Delettré J., Floc'h F. und Jollès P. (1987), FEBS Lett 218(1), 55-58; Migliore Samour D., Floc'h F. und Jollès P. (1989) J. Dairy Res. 56, 357-362) oder antithrombotische Peptide (Fiat A. M., Levy-Toledano S. P., Caen J. und Jollès P. (1989), J. Dairy Res. 56, 351-355) isoliert.In addition, antihypertensive peptides (Maruyama S., Mitachi H., Tanaka H., Tomizuka N. and Suzuki H. (1987) Agric. Biol. Chem. 51, 1581-1586; Komura M., Nio N., Kubo K., Minoshima Y., Munekata E. and Ariyoshi Y. (1989), Agric. Biol. Chem. 53, 2107-2114) and immunostimulatory peptides (Berthou J., Migliore-Samour D., Lifchitz A., Delettré J., Floc'h F. and Jollès P. (1987), FEBS Lett 218(1), 55-58; Migliore Samour D., Floc'h F. and Jollès P. (1989) J. Dairy Res. 56, 357-362) or antithrombotic peptides (Fiat A. M., Levy-Toledano S. P., Caen J. and Jollès P. (1989), J. Dairy Res. 56, 351-355).
Andererseits weisen die aus den Milchproteinen hervorgegangenen Peptide gleichermaßen interessante physikalisch-chemische Eigenschaften und Grenzflächeneigenschaften auf (Fox P. F. und Mulvihill D. M. (1983), in Proceedings of IDF Symposium, Helsingör, Dänemark, 188-259; Chobert J. M., Bertrand-Harb C. und Nicolas M. G. (1988a), J. Agric. Food Chem. 36, 883-892; Chobert J. M., Sitohy, M. Z. und Whitaker, J. R. (1988b), J. Agric. Food Chem. 36, 220-224; Chobert J. M., Bertrand-Harb C., Dalgalarrondo M. und Nicolas M. G. (1989a), J. Food Biochem. 13, 335-352; Chobert J. M., Touati A., Bertrand-Harb C., Dalgalarrondo M. und Nicolas M. G. (1989b), J. Food Biochem. 13, 457-473; Vuillemard J. C., Gauthier S. und Paquin P. (1989 Lait 69, 323-351; Turgeon L. S., Gauthier F. S., Molle D. und Leonil J. (1992), J. Agric. Food Chem. 40, 669-675).On the other hand, the peptides derived from milk proteins have equally interesting physicochemical and interfacial properties (Fox P. F. and Mulvihill D. M. (1983), in Proceedings of IDF Symposium, Helsingør, Denmark, 188-259; Chobert J. M., Bertrand-Harb C. and Nicolas M. G. (1988a), J. Agric. Food Chem. 36, 883-892; Chobert J. M., Sitohy, M. Z. and Whitaker, J. R. (1988b), J. Agric. Food Chem. 36, 220-224; Chobert J. M., Bertrand-Harb C., Dalgalarrondo M. and Nicolas M. G. (1989a), J. Food Biochem. 13, 335-352; Chobert J. M., Touati A., Bertrand-Harb C., Dalgalarrondo M. and Nicolas M. G. (1989b), J. Food Biochem. 13, 457-473; Vuillemard J. C., Gauthier S. and Paquin P. (1989 Lait 69, 323-351; Turgeon L. S., Gauthier F. S., Molle D. and Leonil J. (1992), J. Agric. Food Chem. 40, 669-675).
Unter ernährungswissenschaftlichen und therapeutischen Aspekten erlaubt es die enzymatische Hydrolyse, die Allergenität der Serumproteine zu reduzieren (Jost R., Monti J. CV. und Pahud J. J. (1987) Food Technol. 41, 118-121).From a nutritional and therapeutic point of view, enzymatic hydrolysis allows to reduce the allergenicity of serum proteins (Jost R., Monti J. CV. and Pahud J. J. (1987) Food Technol. 41, 118-121).
Im Sinne einer bibliographisch relevanten Referenz kann man auch das Patent EP-22019 zitieren, das ein enzymatisches Totalhydrolysat von Proteinen des Lactoserums sowie Anwendungen dieses Hydrolysats als Medikament und in der therapeutischen Ernährung beschreibt.As a bibliographically relevant reference, one can also cite the patent EP-22019, which describes an enzymatic total hydrolysate of lactose serum proteins and applications of this hydrolysate as a medicine and in therapeutic nutrition.
In physiologischer Hinsicht haben die Hydrolysate von Proteinen des Lactoserums die Eigenschaft, das Wachstum der Regeneration der Haut zu stimulieren (Wenner V. (1982), Lait 62, 549-565).From a physiological point of view, the hydrolysates of proteins of lactose serum have the property of stimulating the growth of skin regeneration (Wenner V. (1982), Lait 62, 549-565).
Es ist bekannt, dass es auf Proteine oder Peptide tierischen oder pflanzlichen Ursprungs einwirkt und ihre Eigenschaften modifiziert, insbesondere durch Pfropfen von Substituenten.It is known to act on proteins or peptides of animal or plant origin and to modify their properties, in particular by grafting substituents.
Insbesondere das Dokument WO-A-9318180 beschreibt die Veresterung von Peptiden tierischen oder pflanzlichen Ursprungs durch ein Verfahren, das "enzymatische Synthese von Alkylestern von Peptiden" genannt wird und den Einsatz von Enzymen erfordert, die zugleich eine proteolytische und esterolytische Aktivität besitzen. Das in Frage stehende Verfahren ist durch das gleichzeitige In-Kontakt-Bringen des Proteinsubstrats mit dem Enzym und mit eine m Alkohol gekennzeichnet, was zur Bildung von Alkylestern von Peptiden führt.In particular, document WO-A-9318180 describes the esterification of peptides of animal or plant origin by a process called "enzymatic synthesis of alkyl esters of peptides" and requiring the use of enzymes having both proteolytic and esterolytic activity. The process in question is characterized by the simultaneous contact of the protein substrate with the enzyme and with an alcohol, which leads to the formation of alkyl esters of peptides.
Andererseits beschreibt das Dokument EP-A-0 047 879 ein Verfahren zur Herstellung von Proteinzusammensetzungen, die durch Hinzufügen von einer oder mehreren Aminosäuren modifiziert sind. Dieses Verfahren besteht darin, dass man ein Proteinsubstrat durch ein Enzym hydrolysiert, die zusätzliche(n) Aminosäure(n) hinzufügt, die im voraus verestert wurden, und schließlich das Enzym so einwirken lässt, dass es die Rekonstitution des Proteins mit der (den) zusätzlichen Aminosäure(n) erlaubt.On the other hand, document EP-A-0 047 879 describes a process for preparing protein compositions modified by the addition of one or more amino acids. This process consists in hydrolyzing a protein substrate by an enzyme, adding the additional amino acid(s) which have been esterified in advance, and finally allowing the enzyme to act in such a way as to allow the reconstitution of the protein with the additional amino acid(s).
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das darin besteht, dass man eine Proteinsubstanz tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, die wenigstens ein Protein oder ein Peptid enthält, verestert und dann die veresterte Proteinsubstanz enzymatisch hydrolysiert, wobei das Verfahren zu einer neuen Peptidpopulation führt.The aim of the present invention is a process which consists in esterifying a protein substance of animal or vegetable origin which contains at least one protein or one peptide and then enzymatically hydrolysing the esterified protein substance, the process leading to a new peptide population.
Die Modifikation der Proteine durch Veresterung führt zu einer neuen Familie von Peptiden mit neuartigen physikalisch-chemischen und biologischen Eigenschaften.The modification of proteins by esterification leads to a new family of peptides with novel physicochemical and biological properties.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, eine Veresterungsreaktion mit wenigstens einer veresterungsfähigen Gruppe wenigstens eines der in dem Substrat tierischen oder pflanzlichen Ursprungs enthaltenen Proteine oder Peptide durchzuführen, um die spätere Wirkung des Enzyms (Spaltungsstellen und Reaktionskinetik) zu modifizieren.The process according to the invention consists in carrying out an esterification reaction with at least one esterifiable group of at least one of the proteins or peptides contained in the substrate of animal or plant origin in order to modify the subsequent action of the enzyme (cleavage sites and reaction kinetics).
Als nicht einschränkende Beispiele für ein Protein- oder Peptidsubstrat, das verwendet werden kann, seien genannt: Milchproteine (Caseine und Proteine des Lactoserums), Weizen- oder Maisgluten, Zein, Soja-, Erbsenund Ackerbohnenproteinkonzentrate und -isolate oder auch Collagen, Serumalbumin, Ovalbumin usw.Non-limiting examples of protein or peptide substrates that can be used include: milk proteins (caseins and lactose serum proteins), wheat or corn gluten, zein, soya, pea and broad bean protein concentrates and isolates, or collagen, serum albumin, ovalbumin, etc.
Diese Veresterungsreaktion wird gemäß den klassischen Verfahren durchgeführt, die dem Fachmann wohlbekannt sind (siehe zum Beispiel das von Fraenkel-Conrat H. und Olcott H. S. 1945, 3. Biol. Chem. 161, 259-269), beschriebene Veresterungsverfahren in saurem Medium. Sie wird vorzugsweise mit wenigstens einer Carboxygruppe des Proteins durchgeführt; sie wird vorteilhafterweise in saurem Medium mit Hilfe eines Alkohols (oder eines aktivierten Derivats dieses Alkohols, das nach den dem Fachmann wohlbekannten klassischen Methoden erhalten wird) durchgeführt.This esterification reaction is carried out according to the classical methods well known to the person skilled in the art (see, for example, the esterification process in acid medium described by Fraenkel-Conrat H. and Olcott H. S. 1945, 3. Biol. Chem. 161, 259-269). It is preferably carried out with at least one carboxyl group of the protein; it is advantageously carried out in acid medium using an alcohol (or an activated derivative of this alcohol obtained according to the classical methods well known to the person skilled in the art).
Es wird zum Beispiel die Verwendung eines aliphatischen Alkohols vorgeschlagen, der zwischen 1 und 5 Kohlenstoffatome enthält (Methanol, Ethanol usw.).For example, it is suggested to use an aliphatic alcohol containing between 1 and 5 carbon atoms (methanol, ethanol, etc.).
Die Bedingungen der Durchführung der Veresterungsreaktion (Temperatur, Dauer, Druck, Säurekonzentration usw.) sind eine Funktion des gewünschten Veresterungsgrades und allgemeiner der Endprodukte, die man erhalten möchte.The conditions under which the esterification reaction is carried out (temperature, duration, pressure, acid concentration, etc.) are a function of the desired degree of esterification and, more generally, of the final products that one wishes to obtain.
Das veresterte Protein wird anschließend der Einwirkung wenigstens eines proteolytischen Enzyms unter den üblichen Bedingungen des einschlägigen technischen Gebiets unterworfen, um die Aminosäurekette zu spalten (siehe zum Beispiel das von A. Neuberger und K. Brocklehurst (1987) herausgegebene Werk der Reihe New Comprehensive Biochemistry, Vol. 16: Hydrolytic Enzymes, Elsevier, oder auch das von R. J. Beynon und J. S. Bond (1989) herausgegebene Werk der Reihe The Practical Approach Series: Proteolytic enzymes, a practical approach, IRL PRESS).The esterified protein is then subjected to the action of at least one proteolytic enzyme under the usual conditions of the relevant technical field in order to cleave the amino acid chain (see, for example, the work edited by A. Neuberger and K. Brocklehurst (1987) in the series New Comprehensive Biochemistry, Vol. 16: Hydrolytic Enzymes, Elsevier, or the work edited by R. J. Beynon and J. S. Bond (1989) in the series The Practical Approach Series: Proteolytic enzymes, a practical approach, IRL PRESS).
In diesem Schritt kann jedes proteolytische und/oder peptidasische Enzym (Protease, Peptidase) verwendet werden (Pepsin, Papain, Trypsin, Chymosin, Chymotrypsin, Thermolysin usw.); die Hydrolyse kann mit einem dieser Enzyme oder mit mehreren davon nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden.Any proteolytic and/or peptidase enzyme (protease, peptidase) can be used in this step (pepsin, papain, trypsin, chymosin, chymotrypsin, thermolysin, etc.); the hydrolysis can be carried out with one of these enzymes or with several of them, sequentially or simultaneously.
Gemäß einer Variante des Verfahrens der Erfindung geht der Veresterungsreaktion eine partielle Hydrolyse des Proteins mittels eines oder mehrerer proteolytischer oder peptidasischer Enzyme voraus. Der Grad der partiellen Hydrolyse wird der Einschätzung des Fachmanns überlassen, der einen großen Handlungsspielraum in Abhängigkeit von den Produkten hat, die er erhalten möchte. Die einzige Einschränkung besteht darin, keine totale Hydrolyse des Proteins oder des Peptids zu erhalten.According to a variant of the process of the invention, the esterification reaction is preceded by a partial hydrolysis of the protein by means of one or more proteolytic or peptidase enzymes. The degree of partial hydrolysis is left to the judgment of the person skilled in the art, who has a wide margin of discretion depending on the products he wishes to obtain. The only restriction is not to obtain total hydrolysis of the protein or peptide.
Erstaunlicherweise erlaubt die Tatsache, dass man dem Hydrolysevorgang eine Veresterungsreaktion vorausgehen lässt, eine Erhöhung oder Veränderung der Empfindlichkeit des Proteins gegenüber einer enzymatischen Hydrolyse. Das Enzym wird durch die Modifikation des Proteins "geködert"; in Abhängigkeit von den verwendeten Produkten und den Reaktionsbedingungen kann man in bezug auf das native Protein neue Spaltungsstellen erhalten und/oder bestimmte übliche Spaltungsstellen unterdrücken. Diese Vorgehensweise erlaubt es, atypische Spaltungsstellen zu erhalten, die zur Gewinnung neuer Peptide führen, von denen wenigstens einige verestert sind.Surprisingly, the fact that the hydrolysis process is preceded by an esterification reaction allows the sensitivity of the protein to enzymatic hydrolysis to be increased or modified. The enzyme is "baited" by the modification of the protein; depending on the products used and the reaction conditions, new cleavage sites can be obtained and/or certain common cleavage sites can be suppressed with respect to the native protein. This approach makes it possible to obtain atypical cleavage sites, leading to the production of new peptides, at least some of which are esterified.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung führt zu einem Gemisch von Peptiden oder Aminosäuren und ihren Estern. Diese Peptide, Aminosäuren und entsprechenden Ester können anschließend getrennt und gereinigt werden, um homogene Populationen zu erhalten.Carrying out the process according to the invention results in a mixture of peptides or amino acids and their esters. These peptides, amino acids and corresponding esters can then be separated and purified to obtain homogeneous populations.
Im Rahmen einer Veresterung durch einen aliphatischen Alkohol erhält man ein Protein, das an seiner C-terminalen Carboxygruppe und an den seitenständigen Carboxygruppen einiger Aspartyl- und/oder Glutamylreste verestert ist. Die spätere Wirkung des proteolytischen Enzyms erlaubt, es, ein terminales Peptid zu erhalten, dessen C-terminale Carboxygruppe verestert ist; alle anderen erhaltenen Peptide, verestert oder nicht, umfassen eine nicht veresterte C-terminale Carboxygruppe.Esterification by an aliphatic alcohol results in a protein esterified at its C-terminal carboxyl group and at the pendant carboxyl groups of some aspartyl and/or glutamyl residues. The subsequent action of the proteolytic enzyme makes it possible to obtain a terminal peptide whose C-terminal carboxyl group is esterified; all the other peptides obtained, esterified or not, contain a non-esterified C-terminal carboxyl group.
Diese Substitution an der Carboxygruppe ermöglicht es, eine negative Ladung auf dem erhaltenen Protein oder Peptid zu unterdrücken (Ladungsunterdrückung oberhalb des pK-Werts der COOH-Gruppe der konstitutiven Asparagin- und Glutaminsäurereste). Man erhöht den isoelektrischen Punkt des Proteins oder des Peptids; man macht sie basischer und stärker hydrophob, was zu einer besseren Affinität und Wechselwirkung mit den größtenteils negativ geladenen biologischen und künstlichen Grenzflächen führt.This substitution on the carboxy group makes it possible to suppress a negative charge on the protein or peptide obtained (charge suppression above the pK value of the COOH group of the constitutive aspartic and glutamic acid residues). It increases the isoelectric point of the protein or peptide; it makes them more basic and more hydrophobic, which leads to a better affinity and interaction with the mostly negatively charged biological and artificial interfaces.
Gemäß der Erfindung ermöglicht die Behandlung von Aminosäureresten durch Veresterung mit anschließender Proteolyse die Zubereitung neuer Proteine oder Peptidpopulationen. Die Mittel zur Durchführung sind einfach, kostengünstig, nicht-toxisch und erhalten den größten Teil der Nährwerte des Proteins.According to the invention, the treatment of amino acid residues by esterification followed by proteolysis enables the preparation of new proteins or peptide populations. The means for carrying it out are simple, inexpensive, non-toxic and preserve most of the nutritional values of the protein.
Die erhaltenen veresterten Peptide haben unterschiedliche elektrostatische Eigenschaften, Hydrophobie und Amphiphilie, was ihnen besondere grenzflächenbezogene, physiologische, biologische und immunologische Eigenschaften verleiht.The obtained esterified peptides have different electrostatic properties, hydrophobicity and amphiphilicity, which gives them special interfacial, physiological, biological and immunological properties.
Die Veresterung kann auch ein einfaches Mittel sein, um die Empfindlichkeit eines strukturierten Proteins gegenüber einer enzymatischen Wirkung zu erhöhen.Esterification can also be a simple means of increasing the sensitivity of a structured protein to enzymatic action.
Es gibt verschiedene Anwendungsbereiche der Erfindung; die erhaltenen Produkte können -vorteilhafterweise als Bestandteile, Zusatzstoffe oder Wirkstoffe in Nahrungspräparaten, pharmazeutischen oder Kosmetikpräparaten verwendet werden.There are various fields of application of the invention; the products obtained can be used advantageously as ingredients, additives or active ingredients in food preparations, pharmaceutical or cosmetic preparations.
Solche Anwendungen sind denjenigen ähnlich, die bereits für die enzymatischen Hydrolysen bekannter Proteine beschrieben wurden, wie sie in den am Anfang der Beschreibung und zur Erläuterung des Standes der Technik zitierten bibliographischen Referenzen genannt sind.Such applications are similar to those already described for the enzymatic hydrolyses of known proteins, as mentioned in the bibliographical references cited at the beginning of the description and to illustrate the state of the art.
Rinder-β-Lactoglobulin (Variante B) wird nach dem Verfahren von Mailliart P. und Ribadeau-Dumas B. (1988, J. Food Sci. 53, 743-745) hergestellt.Bovine β-lactoglobulin (variant B) is prepared according to the method of Mailliart P. and Ribadeau-Dumas B. (1988, J. Food Sci. 53, 743-745).
Die Ester von β-Lactoglobulin werden unter Verwendung eines Verfahrens hergestellt, das von dem von Fraenkel-Conrat H. und Olcott H. S. (1945, J. Biol. Chem. 161, 259-268), beschriebenen abgeleitet ist.The esters of β-lactoglobulin are prepared using a procedure derived from that described by Fraenkel-Conrat H. and Olcott H. S. (1945, J. Biol. Chem. 161, 259-268).
Das β-Lactoglobulin wird in Ethanol suspendiert, so dass man eine 2%ige Suspension erhält. Unter Rühren wird vorsichtig 12 N Salzsäure hinzugefügt, so dass man eine Protein-Alkohol-Suspension mit einem Säuregehalt von 0,06-0,68 N erhält. Dieses Präparat wird in Abhängigkeit vom gewünschten Veresterungsgrad mehrere Tage lang bei 4ºC gerührt. Nach dem Trocknen im Vakuum werden die Proben bei einer Temperatur von -80ºC aufbewahrt. Eine Kontrollprobe wird in derselben Weise, aber ohne Zugabe von HCl hergestellt.The β-lactoglobulin is suspended in ethanol to obtain a 2% suspension. 12 N hydrochloric acid is carefully added while stirring to obtain a protein-alcohol suspension with an acidity of 0.06-0.68 N. This preparation is stirred at 4ºC for several days, depending on the degree of esterification desired. After drying in vacuum, the samples are stored at a temperature of -80ºC. A control sample is prepared in the same way but without the addition of HCl.
Um den Grad der Veresterung des β-Lactoglobulins mit Ethanol zu bestimmen, verwendete man die von Halpin M. I. und Richardson T. (1945, J. Dairy Sci. 68, 3189-3198) entwickelte Farbreaktion mit Hydroxylammoniumchlorid, modifiziert nach Bertrand-Harb C., Chobert J. M., Dufour E., Haertle T. (1991, Sci. Aliments 11, 641-652).To determine the degree of esterification of β-lactoglobulin with ethanol, the color reaction with hydroxylammonium chloride developed by Halpin M. I. and Richardson T. (1945, J. Dairy Sci. 68, 3189-3198) was used, modified according to Bertrand-Harb C., Chobert J. M., Dufour E., Haertle T. (1991, Sci. Aliments 11, 641-652).
Im vorliegenden Fall wurde das β-Lactoglobulin zu 40% verestert.In the present case, the β-lactoglobulin was 40% esterified.
Die Proben des β-Lactoglobulins und des veresterten β-Lactoglobulins wurden anschließend mit Pepsin hydrolysiert (Schweine-Pepsin: 3200- 4500 BAEE E/mg von der Firma Sigma Chimie, St-Quentin Fallavier, Frankreich).The β-lactoglobulin and esterified β-lactoglobulin samples were subsequently hydrolyzed with pepsin (porcine pepsin: 3200- 4500 BAEE U/mg from Sigma Chimie, St-Quentin Fallavier, France).
Pepsin (1 mg pro ml H&sub2;O, Anfangskonzentration) wird in einem Enzym/- Proteinsubstrat-Verhältnis (E/S) von 2% hinzugefügt. Das Gemisch wird bei 37ºC inkubiert. Nach einer, zwei, vier, zwanzig und vierzig Stunden werden Proben entnommen; die Hydrolyse wird durch Zugabe von 1,5 Volumina eines 0,2 M Tris-HCl-Puffers, pH 8,0, abgebrochen.Pepsin (1 mg per ml H₂O, initial concentration) is added at an enzyme/protein substrate ratio (E/S) of 2%. The mixture is incubated at 37ºC. Samples are taken after one, two, four, twenty and forty hours; hydrolysis is stopped by adding 1.5 volumes of a 0.2 M Tris-HCl buffer, pH 8.0.
Die verschiedenen erhaltenen Peptide wurden gereinigt und anhand ihrer Aminosäurezusammensetzung und ihrer N-terminalen Sequenz identifiziert.The various peptides obtained were purified and identified based on their amino acid composition and their N-terminal sequence.
Das HPLC-chromatographische Profil des Pepsin-Hydrolysats (nach 40 Stunden Hydrolyse) des ethylierten β-Lactoglobulins ist in Fig. 1 dargestellt (C&sub1;&sub8;-Kolonne, Porosität 10 um, Länge 25 cm, Innendurchmesser 0,4 cm, von SFCC Shandon, Gagny, Frankreich).The HPLC chromatographic profile of the pepsin hydrolysate (after 40 hours of hydrolysis) of the ethylated β-lactoglobulin is shown in Fig. 1 (C₁₈ column, porosity 10 µm, length 25 cm, inner diameter 0.4 cm, from SFCC Shandon, Gagny, France).
Die Primärstruktur des β-Lactoglobulins B mit den Pepsin-Spaltungsstellen (*) ist in Fig. 2 zu sehen.The primary structure of β-lactoglobulin B with the pepsin cleavage sites (*) is shown in Fig. 2.
Fig. 3 zeigt in Tabellenform die Aminosäurezusammensetzung und die N-terminalen Sequenzen der Pepsin-Peptide des ethylierten β-Lactoglobulins (Esters).Fig. 3 shows in tabular form the amino acid composition and the N-terminal sequences of the pepsin peptides of the ethylated β-lactoglobulin (ester).
Eine kinetische Untersuchung der enzymatischen Wirkung auf ein verestertes Derivat des β-Lactoglobulins zeigt, dass das veresterte Protein in wässriger Lösung sehr schnell hydrolysiert wird, während das native Protein gegenüber einer solchen Proteolyse unempfindlich ist.A kinetic study of the enzymatic action on an esterified derivative of β-lactoglobulin shows that the esterified protein is very rapidly hydrolyzed in aqueous solution, while the native protein is insensitive to such proteolysis.
Die Erfindung ermöglicht die Hydrolyse dieses Proteins, das ohne die beschriebene Modifikation nicht hydrolysiert werden würde; andererseits führt sie zur Schaffung von Spaltungsstellen, die für das verwendete Enzym nicht üblich sind.The invention enables the hydrolysis of this protein, which would not be hydrolyzed without the described modification; on the other hand, it leads to the creation of cleavage sites that are not usual for the enzyme used.
Bei ethyliertem β-Lactoglobulin wurden 31 Spaltungsstellen identifiziert: Gln5-Thr6; Thr6-Met7; Leu10-Asp11; Asp11-Ile12; Gln13-Lys14; Trp19- Tyr20; Leu22-Ala23; Ser27-Asp28; Asp28-Ile29; Leu32-Asp33; Leu39- Arg40; Val41-Tyr42; Leu46-Lys47; Ile56-Leu57; Leu57-Leu58; Trp61- Glu62; Lys75-Thr76; Val81-Phe82; Phe82-Lys83; Leu87-Asn88; Glu89- Asn90; Val92-Leu93; Leu93-Val94; Asp98-Tyr99; Met107-Glu108; Leu117-Ala118; Asp130-Glu131; Leu133-Glu134; Phe136-Asp137; Asp137-Lys138; Leu149-Ser150.For ethylated β-lactoglobulin, 31 cleavage sites were identified: Gln5-Thr6; Thr6-Met7; Leu10-Asp11; Asp11-Ile12; Gln13-Lys14; Trp19- Tyr20; Leu22-Ala23; Ser27-Asp28; Asp28-Ile29; Leu32-Asp33; Leu39- Arg40; Val41-Tyr42; Leu46-Lys47; Ile56-Leu57; Leu57-Leu58; Trp61- Glu62; Lys75-Thr76; Val81-Phe82; Phe82-Lys83; Leu87-Asn88; Glu89- Asn90; Val92-Leu93; Leu93-Val94; Asp98-Tyr99; Met107-Glu108; Leu117-Ala118; Asp130-Glu131; Leu133-Glu134; Phe136-Asp137; Asp137-Lys138; Leu149-Ser150.
Rohes β-Casein A1 wird nach dem von Zittle C. A. und Custer J. H. (1963, J. Dairy Sci. 46, 1183-1188) beschriebenen Verfahren hergestellt. Das Substrat wird anschließend durch Chromatographie nach dem Verfahren von Mercier J. C., Maubois J. L., Poznanski S., Ribadeau-Dumas B. (1968, Bull. Soc. Chim. Biol. 50, 521-530) auf einer Kolonne des Typs Q- Sepharose Fast Flow (eingetragenes Warenzeichen) der Firma Pharmacia, Uppsala, Schweden, gereinigt.Crude β-casein A1 is prepared according to the method described by Zittle C. A. and Custer J. H. (1963, J. Dairy Sci. 46, 1183-1188). The substrate is then purified by chromatography according to the method of Mercier J. C., Maubois J. L., Poznanski S., Ribadeau-Dumas B. (1968, Bull. Soc. Chim. Biol. 50, 521-530) on a Q-Sepharose Fast Flow column (registered trademark) from Pharmacia, Uppsala, Sweden.
Das veresterte β-Casein wird unter Verwendung einer Modifikation des von Fraenkel-Conrat und Olcott (1945, loc. cit.) beschriebenen Verfahrens hergestellt. Das gereinigte β-Casein wird in Ethanol dispergiert, so dass man eine 2%ige Suspension erhält. Unter Rühren wird vorsichtig 12 N Salzsäure zu der Protein-Alkohol-Suspension hinzugefügt, so dass man eine Suspension mit einem Säuregehalt von 0,06-0,68 N erhält. Das erhaltene Produkt wird in Abhängigkeit vom gewünschten Veresterungsgrad mehrere Tage lang bei 4ºC gerührt. Nach dem Trocknen im Vakuum werden die Proben bei einer Temperatur von -80ºC aufbewahrt. Eine Kontrollprobe wird in derselben Weise, aber ohne Salzsäure hergestellt.The esterified β-casein is prepared using a modification of the procedure described by Fraenkel-Conrat and Olcott (1945, loc. cit.). The purified β-casein is dispersed in ethanol to obtain a 2% suspension. 12 N hydrochloric acid is carefully added to the protein-alcohol suspension while stirring to obtain a suspension with an acidity of 0.06-0.68 N. The product obtained is stirred at 4ºC for several days, depending on the degree of esterification desired. After drying in vacuo, the samples are stored at a temperature of -80ºC. A control sample is prepared in the same way but without hydrochloric acid.
Die Bestimmung des Grades der Veresterung des β-Caseins mit Ethanol erfolgte unter Verwendung der von Halpin und Richardson (1985) entwickelten Farbreaktion mit Hydroxylammoniumchlorid, modifiziert nach Bertrand-Harb und anderen (1991).The degree of esterification of β-casein with ethanol was determined using the color reaction with hydroxylammonium chloride developed by Halpin and Richardson (1985) and modified by Bertrand-Harb et al. (1991).
Im vorliegenden Fall wurde das β-Casein zu 55% verestert.In the present case, the β-casein was esterified to 55%.
Das β-Casein und das veresterte β-Casein (2 mg/ml) wurden in 20 mM Zitronensäure, pH 2,6, gelöst. Pepsin (1 mg pro ml H&sub2;O, Anfangskonzentration) wurde in einem Enzym/Proteinsubstrat-Verhältnis (E/S) von 0,2% hinzugefügt. Das erhaltene Gemisch wurde bei 20ºC inkubiert. Nach 1, 2, 4, 20 und 40 Stunden wurden Proben entnommen; die Hydrolyse wurde durch Zugabe von 1,5 Volumina eines 0,2 M Tris-HCl-Puffers, pH 8,0, abgebrochen.The β-casein and the esterified β-casein (2 mg/ml) were dissolved in 20 mM citric acid, pH 2.6. Pepsin (1 mg per ml H₂O, initial concentration) was added at an enzyme/protein substrate ratio (E/S) of 0.2%. The resulting mixture was incubated at 20ºC. Samples were taken after 1, 2, 4, 20 and 40 hours; hydrolysis was by addition of 1.5 volumes of a 0.2 M Tris-HCl buffer, pH 8.0.
Eine ähnliche Veresterung wurde mit β-Casein unter Verwendung von Methanol anstelle von Ethanol durchgeführt; die anschließende Hydrolyse des methylierten β-Caseins erfolgte in derselben Weise wie die oben beschriebene Hydrolyse des ethylierten β-Caseins. Auch in diesem Beispiel wurde das β-Casein zu 55% verestert.A similar esterification was carried out with β-casein using methanol instead of ethanol; the subsequent hydrolysis of the methylated β-casein was carried out in the same manner as the hydrolysis of the ethylated β-casein described above. In this example too, the β-casein was esterified to 55%.
Fig. 4 zeigt das HPLC-chromatographische Profil eines Pepsin-Hydrolysats von nativem β-Casein nach 10 Stunden Hydrolyse.Fig. 4 shows the HPLC chromatographic profile of a pepsin hydrolysate of native β-casein after 10 hours of hydrolysis.
Fig. 5 zeigt das HPLC-chromatographische Profil (nach 10 Stunden Hydrolyse) eines Pepsin-Hydrolysats von methyliertem β-Casein (Ester), das gemäß Beispiel 2b hergestellt wurde.Figure 5 shows the HPLC chromatographic profile (after 10 hours hydrolysis) of a pepsin hydrolysate of methylated β-casein (ester) prepared according to Example 2b.
Fig. 6 zeigt das HPLC-chromatographische Profil (nach 10 Stunden Hydrolyse) eines Pepsin-Hydrolysats von ethyliertem β-Casein (Ester), das gemäß Beispiel 2a hergestellt wurde.Figure 6 shows the HPLC chromatographic profile (after 10 hours hydrolysis) of a pepsin hydrolysate of ethylated β-casein (ester) prepared according to Example 2a.
Fig. 7 zeigt die Primärstruktur des β-Caseins A1 mit den Pepsin-Spaltungsstellen innerhalb des nativen β-Caseins (*), innerhalb des methylierten β-Caseins (+) und innerhalb des ethylierten β-Caseins (o).Fig. 7 shows the primary structure of β-casein A1 with the pepsin cleavage sites within the native β-casein (*), within the methylated β-casein (+) and within the ethylated β-casein (o).
Die Fig. 8, 9 und 10 zeigen in Tabellenform die Aminosäurezusammensetzungen und die N-terminalen Sequenzen der Pepsin-Peptide des nativen β-Caseins, des methylierten β-Caseins (Esters) bzw. des ethylierten β-Caseins (Esters).Figures 8, 9 and 10 show in tabular form the amino acid compositions and the N-terminal sequences of the pepsin peptides of native β-casein, methylated β-casein (ester) or ethylated β-casein (ester).
Im Falle des veresterten β-Caseins wurden sechs neue Spaltungsstellen identifiziert: Glu11-Ile12; Asn73-Ile74; Met156-Phe157; Val162-Leu163; Leu198-Gly199; Ile207-Ile208.In the case of esterified β-casein, six new cleavage sites were identified: Glu11-Ile12; Asn73-Ile74; Met156-Phe157; Val162-Leu163; Leu198-Gly199; Ile207-Ile208.
Das β-Lactoglobulin und das veresterte β-Lactoglobulin werden gemäß Beispiel 1 hergestellt und mit Trypsin (TPCK-behandeltes Rinder-Trypsin, 10 000-13 000 E/mg; von der Firma Sigma Chimie) hydrolysiert.The β-lactoglobulin and the esterified β-lactoglobulin are prepared according to Example 1 and hydrolyzed with trypsin (TPCK-treated bovine trypsin, 10,000-13,000 U/mg; from Sigma Chimie).
Das β-Lactoglobulin und das veresterte β-Lactoglobulin (2 mg/ml) werden in einem 0,2 M Tris-HCl-Puffer mit pH 8,0 gelöst. Das zuvor in 0,01 N HCl in Lösung gebrachte Trypsin wird in einem Enzym/Proteinsubstrat-Verhältnis (E/S) von 2,5% hinzugefügt. Das erhaltene Gemisch wird bei 37ºC inkubiert, und die Hydrolyse wird nach 24 Stunden durch Zugabe von 0,5 Volumina 0,2 N HCl abgebrochen.The β-lactoglobulin and the esterified β-lactoglobulin (2 mg/ml) are dissolved in a 0.2 M Tris-HCl buffer at pH 8.0. The trypsin, previously dissolved in 0.01 N HCl, is added at an enzyme/protein substrate ratio (E/S) of 2.5%. The resulting mixture is incubated at 37ºC and the hydrolysis is stopped after 24 hours by adding 0.5 volumes of 0.2 N HCl.
Fig. 11 zeigt das HPLC-chromatographische Profil eines Trypsin-Hydrolysats von nativem β-Lactoglobulin (nach 24 Stunden Hydrolyse).Figure 11 shows the HPLC chromatographic profile of a trypsin hydrolysate of native β-lactoglobulin (after 24 hours of hydrolysis).
Fig. 12 zeigt das HPLC-chromatographische Profil (nach 24 Stunden Hydrolyse) eines Trypsin-Hydrolysats von ethyliertem β-Lactoglobulin (Ester).Fig. 12 shows the HPLC chromatographic profile (after 24 hours hydrolysis) of a trypsin hydrolysate of ethylated β-lactoglobulin (ester).
Fig. 13 zeigt die Primärstruktur des β-Lactoglobulins B; angezeigt sind die 16 erhaltenen Trypsin-Peptide und die atypische Spaltungsstelle (*) des veresterten β-Lactoglobulins.Fig. 13 shows the primary structure of β-lactoglobulin B; indicated are the 16 trypsin peptides obtained and the atypical cleavage site (*) of the esterified β-lactoglobulin.
Die Fig. 14a, 14b und 14c zeigen in Tabellenform die Aminosäurezusammensetzung und die N-terminalen Sequenzen der Trypsin-Peptide des nativen β-Lactoglobulins und des ethylierten β-Lactoglobulins.Figures 14a, 14b and 14c show in tabular form the amino acid composition and the N-terminal sequences of the trypsin peptides of the native β-lactoglobulin and the ethylated β-lactoglobulin.
Die Analyse der Trypsin-Peptide des β-Lactoglobulins zeigt, dass die Veresterung keinerlei Spaltung einer Zielbindung verhindert, auch wenn sich ein veresterter Aspartyl- oder Glutamylrest in der Nachbarschaft der Zielbindung befindet, was zur Gewinnung von veresterten Peptiden führt. Eine atypische Spaltungsstelle wurde nachgewiesen: Met145-His146.Analysis of the trypsin peptides of β-lactoglobulin shows that esterification does not prevent any cleavage of a target bond, even if an esterified aspartyl or glutamyl residue is in the vicinity of the target bond, resulting in the recovery of esterified peptides. An atypical cleavage site was detected: Met145-His146.
Das gemäß Beispiel 2 erhaltene β-Casein und das veresterte β-Casein wurden der Einwirkung von Trypsin (TPCK-behandeltes Rinder-Trypsin, 10 000-13 000 E/mg) unterworfen.The β-casein and the esterified β-casein obtained according to Example 2 were subjected to the action of trypsin (TPCK-treated bovine trypsin, 10,000-13,000 U/mg).
Das native β-Casein und das veresterte β-Casein (2 mg/ml) werden in einem 0,2 M Tris-HCl-Puffer mit pH 8,0 gelöst. Das zuvor in 0,01 N HCl in Lösung gebrachte Trypsin wird in einem Enzym/Proteinsubstrat-Verhältnis (E/S) von 1,25º10 hinzugefügt. Das erhaltene Gemisch wird bei 20ºC inkubiert; die Hydrolyse wird nach 24 Stunden durch Zugabe von 0,5 Volumina 0,2 N HCl abgebrochen.The native β-casein and the esterified β-casein (2 mg/ml) are dissolved in a 0.2 M Tris-HCl buffer at pH 8.0. The trypsin, previously dissolved in 0.01 N HCl, is added at an enzyme/protein substrate ratio (E/S) of 1.25º10. The resulting mixture is incubated at 20ºC; hydrolysis is stopped after 24 hours by adding 0.5 volumes of 0.2 N HCl.
Fig. 15 zeigt das HPLC-chromatographische Profil eines Trypsin-Hydrolysats von nativem β-Casein (nach 24 Stunden Hydrolyse).Fig. 15 shows the HPLC chromatographic profile of a trypsin hydrolysate of native β-casein (after 24 hours of hydrolysis).
Fig. 16 zeigt das HPLC-chromatographische Profil (nach 24 Stunden Hydrolyse) eines Trypsin-Hydrolysats von methyliertem β-Casein (Ester).Fig. 16 shows the HPLC chromatographic profile (after 24 hours hydrolysis) of a trypsin hydrolysate of methylated β-casein (ester).
Fig. 17 zeigt das HPLC-chromatographische Profil (nach 24 Stunden Hydrolyse) eines Trypsin-Hydrolysats von ethyliertem β-Casein (Ester).Fig. 17 shows the HPLC chromatographic profile (after 24 hours hydrolysis) of a trypsin hydrolysate of ethylated β-casein (ester).
Fig. 18 zeigt die Primärstruktur des β-Caseins A1; die Buchstaben A bis N zeigen die Trypsin-Peptide des nativen β-Caseins, und die atypischen Spaltungsstellen wurden angezeigt: für das ethylierte β-Casein (o) und für das methylierte β-Casein(*).Fig. 18 shows the primary structure of β-casein A1; the letters A to N indicate the trypsin peptides of the native β-casein, and the atypical cleavage sites have been indicated: for the ethylated β-casein (o) and for the methylated β-casein (*).
Die Fig. 19a und 19b zeigen in Tabellenform die Aminosäurezusammensetzung und die N-terminalen Sequenzen der Trypsin-Peptide des nativen β-Caseins, des methylierten β-Caseins und des ethylierten β- Caseins.Figures 19a and 19b show in tabular form the amino acid composition and the N-terminal sequences of the trypsin peptides of the native β-casein, the methylated β-casein and the ethylated β-casein.
Wie bei β-Lactoglobulin zeigt die Analyse der Trypsin-Peptide des β- Caseins, dass die Veresterung keinerlei Spaltung einer Zielbindung verhindert, auch wenn sich ein veresterter Aspartyl- oder Glutamylrest in der Nachbarschaft der Zielbindung befindet, was zur Gewinnung von veresterten Peptiden führt. Atypische Spaltungsstellen wurden nachgewiesen: Phe52-Ala53; Gln79-Thr80; Ser122-Gln123; Ser124-Leu125; Phe190-Leu191; Tyr193-Gln194; Val197-Leu198.As with β-lactoglobulin, analysis of the trypsin peptides of β-casein shows that esterification does not prevent any cleavage of a target bond, even when an esterified aspartyl or glutamyl residue is in the vicinity of the target bond, resulting in the recovery of esterified peptides. Atypical cleavage sites were identified: Phe52-Ala53; Gln79-Thr80; Ser122-Gln123; Ser124-Leu125; Phe190-Leu191; Tyr193-Gln194; Val197-Leu198.
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